laserske tehnologije

7/27/2019 Laserske tehnologije

1/71

Laserske tehnologije

Red.prof.dr.sci. Nermina Zaimovi-Uzunovi

[email protected]
mailto:[email protected]:[email protected]


2/71

Sadraj

Uvod

1. ta su laserske tehnologije?

2. Gdje se koriste leserske tehnologije?3. Savremena proizvodnja i laserske

tehnologije.

Osnovi teorije lasera i vrste lasera

1. Teorije svjetlosti

2. Vrste i konstrukcije lasera


3/71

Sadraj-nastavak

Laseri u obradi materijala

1. Tipovi lasera

2. Jedno, dvo, trodimenzionalne obradelaserom

3. Lasersko zavarivanje

4. Laserska termika obrada5. Lasersko rezanje


4/71

Sadraj-nastavak

Laseri u mjerenju

1. Vrste lasera za mjerenje

2. Optike procedure mjerenja3. Laserska interferometrija

Ostale primjene laserskih tehnologija

1. Medicina i umjetnost


5/71

Uvod

ta su laserske tehnologije?

Gdje se koriste leserske tehnologije?

Savremena proizvodnja i laserske

tehnologije.


6/71

Laser

Light A mplification by S

timulated Emission of R adiation

Pojaanje svjetlosti pomoustimuliraneemisije zraenja.

Izvor i pojaalo usmjerenog

elektromagnetnog zraenje.


7/71

ta su lasersketehnologije

Sve vrste tehnologija

iji je rad zasnovan nalaserima.


8/71

Gdje se koriste laserske

tehnologije?

Medicina

Elektronika

Proizvodnetehnologije

ProcesiObradeRezanje

ZavarivanjeObiljeavanjeTermikaobrada,buenje

Mikrotehnika

MjerenjaKomunikacionetehnologije

Reparatura


9/71

Savremena proizvodnja i

laserske tehnologije


10/71

Savremena proizvodnja i

laseri


11/71

Uee lasera


12/71

Historija optike

1665 Grimaldi

1666/70 Newton Korpuskularna teorija

1678 Huygens-zakoni odbijanja iprelamanja

1801 Young trihromatska teorija tri

tipa osjetljivih dijelova oka osjetljivogna crvenu,utu ili plavu boju


13/71

Historija optike

1816 Fresnel

1817 Young/Helmholtz

1871 Maxwell 1888 Hertz

1900 Planck

1905 Einstein 1917 Einstein-stimulirana emisija

1950 Dualna teorija


14/71

Historija lasera

Einstein 1917.

Towens 1954. i Prohorov 1951.

Maser u infracrvenom podrujurazradio Maiman 1960. i vrsti laser,impulsni rad.

Bennett Herriot 1961. emisija svjetlostiu plinu , kontinuirani rad lasera.

Aigrain 1959. poluvodiki laseri.


15/71

Youngova teorija

Osjetljivost na boje odgovara

relativnom aktivacionom nivou tri

populacije rezonatora. Trihromatska teorija je ignorisana pa

1852 ponovo otkrivenaod Hermana i

Helmholza pa se zove helmholzova

teorija.


16/71

Korpuskularna teorija

Do sredine 17 vijeka se smatralo da se

svjetlost sastoji od mlaza korpuskula-

estica.estice emituju svjetlosni izvori.

One mogu da prou kroz providne materije iodbijaju se od povrine neprozirnihpredmeta.

Kad estice dospiju do oka izazivaju osjeajvienja.Teorija je korpuskularna.


17/71

Korpuskularna teorija

Korpuskularna teorija objanjavaeksperimentalne injenice kao

pravolinijsko prostiranje svjetlosti,zakone odbijanja i prelamanja na

graninim povrinama.


18/71

Talasna teorija

Huygens dokazuje da se zakoni

odbijanja i prelamanja mogu objasniti

na bazi talasne teorije koja u tovrijeme nije bila prihvaena.

Razlog za odbacivanje teorije slijedi iz

osobina talasa da zaobilaze prepreke

to je u to doba bilo u suprotnosti sapravolinijskim prostiranjem svjetlosti.


19/71

Talasna teorija

Pojava savijanja svjetlostioko rubova

predmeta kasnije je nazvana

difrakcija.Eksperiment je pokazao dase interferencija svjetlosti ne moeobjasniti korpuskularnom

teorijom.Pojave interferencije i

difrakcije mogu se objasniti samotalasnom teorijom


20/71

Stvarna priroda svjetlosti

Stvarna priroda svjetlosnih talasa i sredine

kroz koju se oni prenose ostala je nerijeenproblem.

Po Hajgensu je prazan prostor kojije

ispunjen elastinom sredinom-etar.Da bi seobjasnila velika brzina svjetlosti etar bi

morao biti posebno vrst,a on se opirekretanjutijela,planete se kreu kroz etar bezsamanjenja brzine.


21/71

Maxwellova teorija

Pokazao je da oscilirajue elektrino kolozrai elektromagnetne valove ija je brzinaoko 3x108 m/s,to odgovara

eksperimentalno odreenoj brzini svjetlosti. Ove teorijske postavke dokazao je

eksperimentalno Hertz koji je napravio

oscilatorno kolo koje je emitiralo

elektromagnetne talase malih talasnih

duina i koji pokazuju sve osobine svjetlosti.


22/71

nastavak

Ovi talasi se mogu fokusirati pomouspecijalnih soiva, polarizirati isto kao isvjetlosni talasi

Maxwellova elektromagnetna teorija

svjetlosti i njena potvrda su bitne ali nisu

univerzalne i njima se ne moe objasnitifotoelektrini efekat tj. emisija elektrona izprovodnika pod djelovanjem svjetlosti koja

pada na njegovu povrinu.


23/71

Objanjenje fotoefkta

Einstein je 1905 .prihvatio ideju

Plancka i pretpostavio da je energija

svjetlosnog snopa, umjesto da jerasporeena u prostoru u elektrinim imagnetnim poljima elektromagnetnog

talasa, koncntrisna u male pakete-

kvente energije ili fotone.


24/71

Ek i k fotona

Talasna priroda je zadrana jer foton imaodreenu frekvenciju i energiju koja jeproporcionalna frekvenciji E=h.

Konanu potvrdu fotonske priorde svjetlostidao ja Compton koji je eksperimentalnopokazao da se prilikom sudara foton ielektron ponaaju kao materijalna tijela koja

imaju Eki k i da pri sudaru te veliine ostajuouvane.Fotoefekat i Komptonov efekat iduu prilog korpuskularne teorije.


25/71

Dualna priroda svjetlosti

Pojave interferncije, difrakcije ipolarizacije objanjavaju talasnuprirodu dok se interakcija svjetlosti imaterije u procesima emisije iapsorpcije objanjava korpuskularnomteorijom.

Dualna priroda svjetlosti vai i zaostale elementarne estice,elektroni,neutroni, protoni


26/71

Osnovi teorije

lasera i vrste lasera

Teorije svjetlosti

Vrste i konstrukcije lasera


27/71

Klasina optika

Klasina optika

Geometrijska optika Fizika optika

Svjetlosni talasiElektromagnetni

Transverzalni talasi

Odbijanje

Prelamanje

Difrakcija

Interferencija

Polarizacija


28/71

Osobine svjetlosti

Korpuskularna priroda svjetlosti

objanjava pravolinijsko prostiranje

svjetlosti, zakone odbijanja iprelamanja na graninim povrinama.

Talasna priroda svjetlostiobjanjavainterferenciju i difrakciju.

Svjetlost je dualne prirode.


29/71

Korpuskularna i talasna priroda

svjetlosti


30/71

Prelamanje svjetlosnog

zraka


31/71

Odbijanje zraka


32/71

Difrakcija svjetlosnog

talasa


33/71

Koherencija


34/71

Elektromagnetni talas


35/71

Pretvaranje elektrine umagnetnu energiju

U pogledu fundamentalne prirode nema razlike izmeusvjetlosnih i ostalih elektromagnetnih talasa

Proces pretvaranja elektrine energije u magnetnu iobratno traje beskonano dugo u lektrinom kolu ako

nema gubitaka.Rezultat je pojava elektrinih oscilacija.Ako se elektrino kolo otvori tj.razmaknu ploekondenzatora koji je u kolu sa kalemom L,smanji sekapacitet i induktivitet.

Linije sile promjenljivog elektrinog polja zauzimaju

vei prostor oko oscilatornog kola.


36/71

Svjetlosni talasi u spektru

Elektromagnetni talasi reda veliinecentimetra-radar,proizvode se u

vakumskim cijevima. Svjetlosni talasi koji potiu od emisije

molekula i atoma i proteu se oddugih infracrvenih talasa, preko

vidljivog spektra do ultraljubiastogpodruja.


37/71

Svjetlosni spektar


38/71

Elektromagnetni i elektrinitalasi

Da bi dolo do emisije,molekule i atomi morajuprethodno biti pobueni.

Pobuivanje se vri putem termikog kretanjamolekula ili do njega dolazi u procesu sudara pri

elekrinom pranjenju. Molekuli primljenu energiju emituju u obliku

elektromagnetnih talasa.

Ako se atomi bombarduju elektronima ije je kinetikaenergija velika moe da doe do pobuivanja

unutranjihelektrona i povratak elektrona u normalnostanje, popraen je emisijom energije zraenja vrlokratke zalasne duine.Usporavanje brzih elektronadovodi do pojave elektromagnetnog zraenja


39/71

Svjetlosni talasi

Sveukupnost svih elektromagnetskih pojavase opisuje MAXWELLOVIM jednainama.One povezuju vremenska i prostornaizvoenja elektrinih i magnetskih jainapolja E i H. Izvodei Maxwellove jednaine,J.C. Maxwell je rekao da egsistirajuielektromagnetni valovi se prostiru brzinomsvjetlosti. 1887/88 god.

Hertz je uspio ostvaririti i dokaz prostiranjaelekktromagnetnih valaova, ime jedokazano da je svjetlost specijalan sluajelektromagnetskog vala.


40/71

Energija talasa

Pregled do danas istraenih i najveidio tehniki koritenih frekvencija

odnosno spektra valnih duina sekoristi.

Posebno interesantno podrujelaserskog zraenja ( ~ 0,1 10 m)

predstavlja samo mali isjeak izcjelokupnog spektra.


41/71

Karakteristike

elektromagnetnog polja

Magnetno polje mijenja se sa vremenom

harmonijski po zakonu

H = H0cos(tkx)

Elektrino polje po zakonu

E = E0 cos(tkx)

Jedni bez drugih ovi talasi ne postoje. Zajedno

ine progresivan talas koji se kree upozitivnom smjeru ose x brzinom c.Ova dva

vektora su meusobno okomita


42/71

Osobine svjetlosti

To je ravni svjetlosni talas.Svjetlost

ima:

Fizioloko Fotoelektrino

Fotohemijsko dejstvo.

Oni su rezultat oscilatrone prirodesvjetlosti.


43/71

Elektromagnetni spektar

Ukupni spektar moe se podijeliti na: Ultravioletno gdje je djelovanje

fotohemijsko

Vidljivo postoje oba efekta

Infracrveno podruje djelovanje jeuglavnom termalno-

Ako su efekti veliki javljaju seoteenja tkiva.


44/71

Spektar


45/71

Ultravioletno,vidljivo i

infracrveno zraenje

UV zraenje obuhvata dio talasnihduina izmeu 180 i 400 mm.

Vidljivo podruje se sastoji od talasnihduina izmeu 400 i 700 mm.

Infracrveno podruje sastoji se odtalasnih duina izmeu 700 i 1mm.


46/71

Svjetlosni vektor

To je vektor jaine svjetlosnog talasakojim se mijenja jaina elektrinog

vektoraA(x,t)=A0 cos(t-kx)

gdje je A0 amplituda svjetlosnog talasa


47/71

Interferencija svjetlosti

Dva talasa istih frekvencija se superponiraju

jedan u drugi.Nastaju oscilacije istog smjera

ija je amplituda

x1=A1 cos(t+1)

x2 =A2 cos(t+2)

1,i 2 su faze a njihova razlika 1-2

je konstantna u vremenu. Ovi talasi zovu se koherentni


48/71

Interferencija svjetlosti

2 32

Phase difference

2 32

Phase difference

incoherent non-monochromatic light of a bulb

coherent light of a laser in continuous wave use

The wavelength definesthe colour of light

The amplitude defines theintensity of light

I ~ A2

s

s

Destructive interference

s = (2n + 1)/2

Constructive interference

s = n

incoherent non-monochromatic light of a bulb

coherent light of a laser in continuous wave use

The wavelength definesthe colour of light

The amplitude defines theintensity of light

I ~ A2

s

s

Destructive interference

s = (2n + 1)/2

Constructive interference

s = n

Laser

s

A1A2

A3

E

E


49/71

Koherencija svjetlosti

Kada su talasi koherentni fazna ralika

je konst

Kada su talasi nekoherentni faznarazlika se stalno mijenja.

Intenzitet svjetlosti pri slaganju

nekoherentnih talasa jednak je sumi

intenziteta pojedinih talasa

I=I1+I2


50/71

Slaganje koherentnih talasa

Kada se dva koherentna talasa slaujavljaju se mjesta sa max i min

intenziteta svjetlosti.Ova pojava jeinterferencija.

Interferencija je naroito izraenakada su talasi istog intenziteta.tada je

minimum intenziteta svjetlosti I=0 amax I=4I1.


51/71

Izvori svjetlosti i vrste

talasa


52/71

Nekoherentni talasi

Za nekoherentne talase dobije se jednakaosvijetljenost u svim takama prostora priistim uslovima.

Pri osvijetljenju bilo koje povrineosvijetljene sa nekoliko izvora svjetlostinastaje interferencijska slika sa max i minintenzitetom-pruge interferencije.

Osvijetljenost povrine opada saudaljenou od izvora. Prirodni izvori svjetlosti nisu koherentni.


53/71

Koherentni i nekoherentni

talas


54/71

Svjelosni

izvor

Preprekanepravilni predmet

zaklon

Geometrijska sjenka

Difrakcija svjetlosti

FresnelovaFraunhoferova


55/71

Difrakcija svjetlosti

Ako se izmeu takastog izvora S i zaklonaZ postavi nepravilan predmet Na zaklonu se

javlja otra granica izmeu dijela koji je

osvijetljen i zaklonjen. To je optika.To se deava jer se svjetlost

savija oko ivice predmeta i ulazi u oblast

sjenke.Intenzitet difrakcije zavisi od

dimenzija,prepreke i talsne duine


56/71

Klasina optika

Geometrijska optika Fizika optika

Svjetlosni talasi

Odbijanje Prelamanje

Elektromagnetni talasi

Difrakcija Interferencija


57/71

Fresnelova difrakcija

Nastaje kada su svjetlosni izvor i

zaklon na konanom rastojanju odprepreke.

Zraci koji dou do prepreke nisuparalelni pa za posmatranje slike

difrakcije nisu potrebni optikiinstrumanti.


58/71

Fraunhoferova difrakcija

Predstavlja difrakciju paralelnihzraka.Nastaje kad se izvor svjetlosti i zaklonkonano udaljeni od prepreke na kojojnastaje difrakcija.

Za promatranje Fraunhoferove difrakcijepotreban je optiki aparat.

Hajgens Frenelov princip je dopunaHajgensovog koji ne prua podatke o

amplitudiIntenzitetu svjetosti.Svaka takado koje dolazi talasno kretanje postaje izvornovih sekundarnih talasa koji interferiraju.


59/71

Frenelove zone

Mogu se izraunati faze i amplitude sekundarnih talasau bilo kojoj taki prostora.

H-F princip za nalaenje amplitude svjetlosnogoscilovanja koje se pobuuje u taki P sfernim

talasima koji se prostiru u homogenoj sredini iztakastog izvora S.Talasna duina takvog talasasimetrina je u odnosu na pravu SP.Frenel je podijeliotalasnu povrinu na prstenaste zone tako da serastojanje od krajeva svake zone do take P razlikujeza /2.Rastojanje b

m

od vanjskog kraja m-te zone od

take P moe se izraziti kao bm =b +m/2 b-rastojanje od tjemena talasne povrine do take P


60/71

Slika Fenelovih zona


61/71

Polarizacija svjetlosti

EM Talasi su transverzalni.Ne pokazujuasimetriju na pravac prostiranja zraka.

Priroda svjetlosti je sastavljena od oscilacijakoje se vre u smjerovima okomitim na zrak

svjetlosti. Postupak da se u rezultujuem talasu

oscilacije razliitih smjerova urede zove sepolarizacija.

Svjetlost kod koje su smjerovi oscilovanja

ureni zove se polarizovana. Ako se oscilovanje vri u jednoj ravni onda je

to ravno ili linearno polarizovana.


62/71

Polarizatori

Ravan u kojoj osciluje svjetlosni

vektor zove se ravan oscilovanja.

Ravno polarizovana svjetlost moe sedobiti iz prirodne pomouinstrumenata koji se zovu

POLARIZATORI

P l i ij j tl


63/71

Polarizacija svjetlosnog

zraka

P l i ij i dbij j i


64/71

Polarizacija pri odbijanju i

prelamanju

Zrak pada na granicu dvije sredine indexa

prelamanja n1 i n2 pod uglom razliitim od0.Odbijeni i prelomljeni zrak su djelimino

polarizovani. U odbijenom zraku prevladavaju oscilacije

okomite na upadnu ravan .

U prelomljenom zraku prevladavaju

oscilacije paralaelne sa upadnim ravni .

Stepen polarizacije zavisi od upadnog ugla.


65/71

Spektar


66/71

Osobine talasa


67/71

Fotoelektrini efekat

Di ij k i l


68/71

Divergencija konvencionalne

svjetlosti

Divergencija laserske


69/71

Divergencija laserske

svjetlosti


70/71

Osnove lasera

Laser radi na principu

pobude atomaizazivajui svjetlosnuemisiju i apsorpciju priprelasku sa jednog nadrugi energetski nivo.


71/71

Kraj prvog dijela

Nastavak

Laserske tehnologije 2

laserske tehnologije

Documents